cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2023-1-66-74cvmet-1452Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentСформированные наночастицами сплавы V–Cd: получение, фазовый состав и структураV–Cd nanoparticle-formed alloys: fabrication, phase composition and structureВолодинВ. Н.VolodinV. N.

д.ф.-м.н., д.т.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории ионноплазменных технологий

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1 

 Dr. Sci. (Phys.-Math.), Dr. Sci. (Eng.), Prof., Principal Scientist of the Laboratory “Ion-Plasma Technologies”

1 Ibragimov str., Almaty, 050032

volodinv_n@mail.ruТулеушевЮ. Ж.TuleushevYu. Zh.

к.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории ионно-плазменных технологий

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1 

Cand. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Leading Scientist of the Laboratory “Ion-Plasma Technologies”

1 Ibragimov str., Almaty, 050032

КалиеваА. К.KaliyevaA. K.

младший научный сотрудник лаборатории ионно-плазменных технологий

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1 

 Junior Research Scientist of the Laboratory “Ion-Plasma Technologies”

1 Ibragimov str., Almaty, 050032

ЖаканбаевЕ. А.ZhakanbayevE. A.

к.ф.-м.н., заведующий лабораторией ионно-плазменных технологий

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1 

 Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Laboratory “Ion-Plasma Technologies”

1 Ibragimov str., Almaty, 050032

МамырбаевА. К.MamyrbayevA. K.

инженер лаборатории ионно-плазменных технологий 

050032, Респ. Казахстан, г. Алматы, ул. Ибрагимова, 1 

Engineer of the Laboratory “Ion-Plasma Technologies”

1 Ibragimov str., Almaty, 050032

Институт ядерной физики Министерства энергетики Респ. КазахстанКазахстанInstitute of Nuclear Physics, Ministry of Energy of Republic of KazakhstanKazakhstan2023190220232916674Copyright © Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Калиева А.К., Жаканбаев Е.А., Мамырбаев А.К., 20232023Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Калиева А.К., Жаканбаев Е.А., Мамырбаев А.К.Volodin V.N., Tuleushev Y.Z., Kaliyeva A.K., Zhakanbayev E.A., Mamyrbayev A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1452

Приведены результаты исследований распыления и осаждения ультрадисперсных частиц ванадия и кадмия на необогреваемые и перемещаемые относительно потоков плазмы подложки. Были получены покрытия в интервале концентраций кадмия от 9,6 до 88,6 ат.%. Критическим размером частиц ванадия, способных к образованию сплавов с кадмием, определена величина 0,6 нм. Концентрационной границей существования твердых растворов кадмия в ванадии является содержание кадмия ~37 ат.%, при большей его доли пленочное покрытие представлено смесью фаз кадмия и твердого раствора кадмия в ванадии. Зависимость параметра решетки α-ванадия от содержания кадмия в нем соответствует следующему выражению: а [нм] = 8·10–4СCd + + 0,3707, где СCd – концентрация кадмия, ат.%. На поверхности образца в области твердых растворов (31,6 ат.% Cd) обнаружено наличие нитевидных кристаллов кадмия, причиной появления которых является решеточное давление матричного металла. Отжиг богатых по содержанию кадмия пленок (69,5 ат.%) в вакууме сопровождается растрескиванием покрытия и образованием пор. Последнее может быть использовано как метод получения пористого ванадия.

The results of the study of targeted sputtering and deposition of ultrafine vanadium and cadmium particles on substrates that are not heated and shifted with respect to the substrate plasma currents are revealed. As a result of the conducted studies, coatings were obtained in the range with a concentration of cadmium from 9.6 to 88.6 at.%. The critical size of vanadium particles capable of forming alloys with cadmium is 0.6 nm. The concentration limit for the presence of solid solutions of cadmium in vanadium is the cadmium content of ~37 at.%, at a higher cadmium content the film coating is represented by a mixture of cadmium phases and a solid solution of cadmium in vanadium. The dependence of the lattice parameter of α-vanadium on the content of cadmium in it corresponds to the expression: а [nm] = 8·10–4СCd + 0.3707, where СCd is the concentration of cadmium, at.%. On the surface of the sample in the region of solid solutions (31.6 at.% Cd), the presence of threadlike crystals of cadmium was found, the reason for the appearance of which is the lattice pressure of the matrix metal. Annealing of films rich in cadmium (69.5 at.%) in vacuum is accompanied by cracking of the coating and the formation of pores. The latter can be used as a method for obtaining porous vanadium.

ванадийкадмийнаночастицысплавтвердый растворпараметр решеткипокрытиенитевидные кристаллыvanadiumcadmiumnanoparticlesalloysolid solutionlattice parametercoatingthreadlike crystalsРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант BR10965191).This work was supported financially by the Ministry of Education and Science of the Republic of Kazakhstan (grant BR10965191).ReferencesPeppiatt S.J. The melting of particles. II. Bismuth. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1975; A345 (1642): 401—412. https://doi.org/10.1098/rspa.1975.0145Peppiatt S.J. The melting of particles. II. Bismuth. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. 1975; A345 (1642): 401—412. https://doi.org/10.1098/rspa.1975.0145Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons. Thin Solid Films. 1977; 46 (2): 177—185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90060-8Berty J., David M.J., Lafourcade L. Etude de la surfusion de films mines de bismuth par diffracyon des electrons. Thin Solid Films. 1977; 46 (2): 177—185. https://doi.org/10.1016/0040-6090(77)90060-8Жданов Г.С. Температурный гистерезис фазового перехода и механизм кристаллизации тонких металлических пленок. Физика твердого тела. 1977; 19 (1): 299—301Zhdanov G.S. Temperature hysteresis of the phase transition and the crystallization mechanism of thin metal films. Fizika tverdogo tela. 1977; 19 (1): 299—301. (In Russ.).Buffat Ph., Borel J-P. Size effect on the melting temperature of gold particles. Physical Review A. 1976; 13 (6): 2287—2298. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.13.2287Buffat Ph., Borel J-P. Size effect on the melting temperature of gold particles. Physical Review A. 1976; 13 (6): 2287—2298. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.13.2287Perepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys. Journal of Non-Crystalline Solids. 1993; 156—158: 463—472. https://doi.org/10.1016/0022-3093(93)90002-FPerepezko J.H., Rasmussen D.H. Solidification of highly supercooled liquid metal and alloys. Journal of Non-Crystalline Solids. 1993; 156—158: 463—472. https://doi.org/10.1016/0022-3093(93)90002-FRoduner E. Size matters: why nanomaterials are different. Chemical Society Reviews. 2006; 35: 583—592Roduner E. Size matters: why nanomaterials are different. Chemical Society Reviews. 2006; 35: 583—592Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010; 20 (2): 248—253. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60130-8Zou C., Gao Y., Yang B., Zhai Q. Size dependent melting properties of Sn nanoparticles by chemical reduction synthesis. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010; 20 (2): 248—253. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60130-8Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles. Chemical Physics Letters. 2006; 429 (4): 492—496. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.08.027Jiang H., Moon K., Dong H. Size dependent melting properties of tin nanoparticles. Chemical Physics Letters. 2006; 429 (4): 492—496. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2006.08.027Stowell M.J. The solid-liquid interfacial free energy of lead from supercooling data. Philosophical Magazine: A Journal оf Theoretical, Experimental аnd Applied Physics. 1970; 22 (176): 1—6. https://doi.org/10.1080/14786437008228146Stowell M.J. The solid-liquid interfacial free energy of lead from supercooling data. Philosophical Magazine: A Journal оf Theoretical, Experimental аnd Applied Physics. 1970; 22 (176): 1—6. https://doi.org/10.1080/14786437008228146Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size — and shape — dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2018; 116: 79—85. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.01.018Qingshan F., Yongqiang X., Zixiang C. Size — and shape — dependent surface thermodynamic properties of nanocrystals. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2018; 116: 79—85. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.01.018Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix. Journal of Applied Physics. 2012; 111 (4): 043515 (1—4). https://doi.org/10.1063/1.3686624Mu J., Zhu Z.W., Zhang H.F. Size dependent melting behaviors of nanocrystalline in particles embedded in amorphous matrix. Journal of Applied Physics. 2012; 111 (4): 043515 (1—4). https://doi.org/10.1063/1.3686624Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials. Solid State Communications. 2011; 151 (3): 229—233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.11.025Luo W., Su K., Li K., Li Q. Connection between nanostructured materials’ size dependent melting and thermodynamic properties of bulk materials. Solid State Communications. 2011; 151 (3): 229—233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2010.11.025Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010Родунер Э. Размерные эффекты в наноматериалах. М.: Техносфера, 2010Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. New Ta3Be phase in the film coatings of tantalum-beryllium alloys. Physics of Metals and Metallography. 2019. 120 (4): 361—365. https://doi.org/10.1134/S0031918X19040148Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Zhakanbaev E.A. New Ta3Be phase in the film coatings of tantalum-beryllium alloys. Physics of Metals and Metallography. 2019. 120 (4): 361—365. https://doi.org/10.1134/S0031918X19040148Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.V. Fabrication of binary niobium alloys with low-melting metals by the deposition of nanoparticles. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2019; 60 (6): 639—645. https://doi.org/10.3103/S106782121906021XVolodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Trebukhov S.A., Nitsenko A.V., Burabaeva N.V. Fabrication of binary niobium alloys with low-melting metals by the deposition of nanoparticles. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2019; 60 (6): 639—645. https://doi.org/10.3103/S106782121906021XVolodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Trebukhov S.A., Burabaeva N.V., Nitsenko A.V. Synthesis of intermetallic phases in the Nb—Cd and Mo—Cd systems by ion-plasma sputtering and atomic layer deposition of metals in vacuum. Inorganic Materials. 2020; 56 (1): 28—34. https://doi.org/10.1134/S0020168520010185Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Zhakanbaev E.A., Trebukhov S.A., Burabaeva N.V., Nitsenko A.V. Synthesis of intermetallic phases in the Nb—Cd and Mo—Cd systems by ion-plasma sputtering and atomic layer deposition of metals in vacuum. Inorganic Materials. 2020; 56 (1): 28—34. https://doi.org/10.1134/S0020168520010185Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 3. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001.Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 3. Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001.Малышев В.П., Турдукожаева А.М., Оспанов Е.А., Саркенов Б. Испаряемость и кипение простых веществ. М.: Научный мир, 2010.Малышев В.П., Турдукожаева А.М., Оспанов Е.А., Саркенов Б. Испаряемость и кипение простых веществ. М.: Научный мир, 2010.Володин В.Н., Ниценко А.В., Требухов С.А.,Бурабаева Н.М., Тулеушев Ю.Ж. Получение двойных сплавов кадмия с тугоплавкими металлами осаждением наночастиц. В сборнике докладов ХI международного конгресса «Цветные металлы и минералы — 2019» (Красноярск, 16—20 сент. 2019 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2019. С. 1019—1028.Володин В.Н., Ниценко А.В., Требухов С.А.,Бурабаева Н.М., Тулеушев Ю.Ж. Получение двойных сплавов кадмия с тугоплавкими металлами осаждением наночастиц. В сборнике докладов ХI международного конгресса «Цветные металлы и минералы — 2019» (Красноярск, 16—20 сент. 2019 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2019. С. 1019—1028.Физическое металловедение. Под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена. М.: Металлургия, 1987.Физическое металловедение. Под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена. М.: Металлургия, 1987.Chuang T.H., Lin H.J., Chi C.C. Rapid growth of tin whiskers on the surface of Sn—6.6Lu alloy. Science: Materials. 2007; 56 (1): 45—48.Chuang T.H., Lin H.J., Chi C.C. Rapid growth of tin whiskers on the surface of Sn—6.6Lu alloy. Science: Materials. 2007; 56 (1): 45—48.Володин В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Кенжалиев Б.К., Требухов С.А. Термическая деградация твердых сплавов системы ниобий—кадмий при низком давлении. Комплексное использование минерального сырья. 2020; (1 (312)): 41—47.Volodin V.N., Tuleushev Yu.Zh., Kenzhaliev B.K., Trebukhov S.A. Thermal degradation of hard alloys of niobium-cadmium system at low pressure. Kompleksnoe ispol’zovanie mineral’nogo syr’ya. 2020; (1 (312)): 41—47. (In Russ.). https://doi.org/10.31643/2020/6445/05

The authors declare that there are no conflicts of interest present.